Nd-Fe-B合金的腐蚀及防蚀表面处理

作者：信息来源:模具 2008-7-8

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【摘要】研究了在环境腐蚀试验条件下Nd-Fe-B合金的腐蚀行为及腐蚀对其磁性能的影响，并提出了防止腐蚀的表面处理方法。试验结果表明，Nd-Fe-B合金有较高的腐蚀速率，腐蚀后Nd-Fe-B合金的磁性能降低。化学镀Ni-P及电泳涂装的复合表面处理方法，具有良好的防蚀效果。关键词...

【摘要】　研究了在环境腐蚀试验条件下Nd-Fe-B合金的腐蚀行为及腐蚀对其磁性能的影响，并提出了防止腐蚀的表面处理方法。试验结果表明，Nd-Fe-B合金有较高的腐蚀速率，腐蚀后Nd-Fe-B合金的磁性能降低。化学镀Ni-P及电泳涂装的复合表面处理方法，具有良好的防蚀效果。
关键词：Nd-Fe-B合金　腐蚀　化学镀Ni-P　电泳涂装

Corrosion and Corrosion Resistance Surface Treatment of Nd-Fe-B Alloy
Guo Jiaju
（Dept．of Surface Science and Corrosion Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083）

【Abstract】 The corrosion behavior in enviromental corrosion test and influence of corrosion on magnetic properties of Nd-Fe-B alloy were studied．The results show that the Nd-Fe-B alloy has high corrosion speed，and the magnetic properties of Nd-Fe-B alloy decreased after the enviromental corrosion test.The surface treatment methods for corrosion resistance were proposed.The composite surface treatment which consists of Ni-P chemical deposition and electrophoretic painting is good method to enhance the corrosion resistance of Nd-Fe-B alloy．
Key words：Nd-Fe-B alloy，corrosion，Ni-P chemical deposition，electrophoretic painting

1　前言
　　Nd-Fe-B合金的磁性能优异，但易于氧化。Nd-Fe-B合金多在常温下具有一定湿度的环境下使用，因此，深入考察Nd-Fe-B合金在各种湿腐蚀环境中的腐蚀行为并提出有效的防蚀方法，很有必要的。
　　我们曾探讨过Nd-Fe-B合金的腐蚀机制等问题［1，2］，在本文中通过浸泡试验、湿热试验和大气腐蚀试验，测定了Nd-Fe-B合金的腐蚀量与时间的关系。应用直流磁数测量仪等磁测手段比较其腐蚀前后磁体磁性能的变化。进而研究了化学镀镍及电泳涂装等防蚀表面处理方法，以解决Nd-Fe-B合金在实际使用中的腐蚀问题。

2　试验方法
　　试验所用试样为市场销售烧结型Nd-Fe-B合金，其成分为（％原子分数）：14.4Nd，76.7Fe，6.5B，1.6Dy，0.8Al。样品为φ15mm×7mm圆柱状试样。浸泡试验介质为室温下的0.1％和3.5％NaCl溶液。湿热试验使用LRH-1505型恒温恒湿箱，试验温度48℃，相对湿度为95％RH。盐雾试验用FDY-L03型盐雾试验机，介质为5％NaCl，温度35℃。大气腐蚀曝晒试验周期为一年，试验地点在北京市近郊区。磁性测量用C26-1型直流磁参数测量仪，通过测定充磁样品的退磁曲线，可获得剩余磁感应强度Br、内禀矫顽力iHc和最大磁能积（B.H）m等磁性参数。
　　化学镀镍时采用碱性镀液方法，镀液成分为：硫酸镍（25～45）g／L，次磷酸钠（10～25）g／L，氯化铵（45～65）g／L，络合剂（7.5～9.5）g／L。pH值为8.5～10，温度为70～85℃，施镀时间30～40min。
　　电泳涂装采用阴极电泳法，使用涂料为TH11-92型水溶性环氧阴极电泳漆。样品经脱脂、除锈、水洗等前处理后，按试验确定的工艺条件进行电泳涂装，然后在150℃下固化1h。通过上述的环境腐蚀试验来评定表面处理的防蚀保护效果。

3　试验结果与分析
3.1　Nd-Fe-B合金的环境腐蚀
　　图1中示出在0.1％及3.5％NaCl溶液中（室温）Nd-Fe-B合金的腐蚀量与时间的关系。图1中所示的腐蚀量与时间的比值（即腐蚀速度）随时间而增大，说明试样的腐蚀产物并无明显保护作用。图1中还显示随着溶液氯离子浓度的升高，腐蚀速度增加。Nd-Fe-B合金在室温下的0.1％NaCl溶液中的年腐蚀量约为0.24g／cm2，在3.5％NaCl溶液中的年腐蚀量约为0.31g／cm2。

图1　Nd-Fe-B合金在NaCl溶液中的失重与时间的关系
　　1.　0.1％NaCl　　2.　3.5％NaCl

　　图2为湿热试验时样品的腐蚀量随时间的变化。图2所示随着时间的延，曲线渐趋平缓，腐蚀速度降低。说明湿热试验形成的锈层较细密，有一定的保护性。同样在室外大气曝晒试验中的试样形成锈层后，腐蚀速度也会减小。经一年大气曝晒腐蚀试验的测定，Nd-Fe-B合金的年腐蚀量约为0.39mm，比碳钢的腐蚀速度约高一个数量级。

图2　Nd-Fe-B合金湿热试验后的增重和时间的关系

3.2　Nd-Fe-B合金腐蚀后磁性能的变化
　　在去离子水和含Cl－水溶液中室温浸泡168h后，试样的几项磁性能参数均降低。由表1可见，剩余磁感应强度Br和矫顽力iHc的下降幅度约为5％，最大磁能积（B.H）m的降低幅度达9％。试验表明，氯离子浓度和磁性能变化的大小并非直接相关，在不含Cl－的去离子水中，样品磁性的变化也很明显。
　　

表1　在氯化钠溶液中浸泡后磁性能变化（室温168h）

氯化钠浓度条件Br／GiHc／Oe（B.H）m／MGOe0浸泡前
浸泡后11800
1130019400
1900034.0
31.00.1％浸泡前
浸泡后11750
1145019000
1830033.8
31.53.5％浸泡前
浸泡后11450
1115017200
1640032.0
29.4

注：1G＝10－4T，1Oe＝（1000／4π）A／m

　　Nd-Fe-B磁体的磁性能与其组织结构密切相关。Nd2Fe14B基相是硬磁相，是磁体磁性的主要来源［3］。Nd-Fe-B合金的腐蚀特征是晶界富钕相的优先腐蚀，并很快向基体相发展。其锈层组成主要是Fe、Nd、B的氧化物或水合氧化物，是非铁磁性相［2］。因此，Nd-Fe-B合金腐蚀后其磁性能立即下降。只有设法充分有效地防止Nd-Fe-B合金的腐蚀，才能既延长磁性元件的使用寿命，又可保持磁体的磁性能持久不变。
3.3　化学镀镍
　　化学镀镍后，样品表面覆盖一层厚度约为10μm的平整的Ni-P合金镀层。由电子能谱分析和X射线分析可知，该Ni-P合金镀层含P为9％～10％，镀层为非晶态结构。对镀层的耐蚀性进行了测定，表2中列出了在自来水、0.1％和3.5％NaCl溶液中浸泡腐蚀试验的结果。由表2可见，Nd-Fe-B合金化学镀镍后耐蚀性有明显提高。本试验所采用的镀液具有镀层结合力好、均镀能力强等优点，但应注意保持镀液的稳定性，避免产生沉淀。
　　

表2　化学镀镍试样的浸泡试验腐蚀
速度／mg.cm－2.h－1（室温）

试验条件自来水0.1％NaCl3.5％NaCl未化学镀试样1.45×10^－21.98×10^－23.05×10^－2化学镀试样3.71×10^－41.23×10^－32.32×10^－3

3.4　电泳涂装处理
　　电泳涂装的主要工艺参数为电泳时间、电泳电压、槽液温度和电极配置等。通过测定电泳时间和电流、膜厚的关系可知，电泳电流和膜厚在1～2min内已达到稳定，为了使镀层更细密，通常电泳时间定为2～3min。电压升高则漆膜厚度也相应提高，但电压过高，沉积速度过快，易使漆膜产生鼓泡等质量缺陷。本试验确定的工艺条件为电泳电压200V，电泳温度30℃，可获得平整光洁且均匀细密的电泳涂层，漆膜厚度控制为20μm左右。
　　采用湿热试验对电泳涂装处理的防蚀效果进行测定。经48℃、95％RH、480h的湿热试验后，电泳涂层未出现起皮、脱落现象。测定一湿热试验前后试样的重量及磁性能，发现它们均无变化。又将电泳涂装试样置于180℃下经1100h加热，试样涂层仍保持完好无损，无起皮、脱落，试样也未产生氧化增重。以上各项试验结果表明，阴极电泳涂层具有优良的防蚀保护效果，也有一定的耐热性。
3.5　化学镀Ni-P及电泳涂装的复合表面处理
　　Nd-Fe-B合金的化学镀Ni-P与阴极电泳涂装两种表面保护方法各具特点。化学镀Ni-P合金的工艺设备简单，Ni-P镀层不但具有较好的耐蚀性，而且有较大硬度、耐磨性和可焊性。其缺点是镀层的脆性大、易开裂，难以避免微裂纹等缺陷的存在，从而影响其耐蚀性。电泳涂装方法则具有涂膜均匀且易于控制厚度，工效高，适于规模生产等优点。尤其是电泳涂层的附着覆盖能力好，涂膜细密，具有优良的耐蚀和防湿性。其不足之处是作为有机涂料其耐磨性必然较差，耐热性也受限制。因此，如将化学镀镍和电泳涂装这两种表面处理方法组合成为复合涂镀层表面处理，即进行化学镀后又施行电泳涂装，则可取得十分良好的保护效果。复合涂镀层不但具有双重保护的叠加效应，而且化学镀镍时易于产生的镀层缺陷，将因电泳涂装的良好覆盖能力而得到修补；而电泳涂装则因在已有化学镀镍作预处理的良好表面上进行，而得以进一步提高涂层的结合力及表观质量。
　　在表3中列出了由几种方法进行表面处理后Nd-Fe-B合金试样的腐蚀试验结果。显然，化学镀Ni-P及电泳涂装的复合表面处理具有优良的防蚀保护效果，该法可适宜于Nd-Fe-B合金等耐蚀性较差的材料在强腐蚀性的严酷环境条件下使用。

表3　Nd-Fe-B合金表面处理后的耐蚀性
（3.5％NaCl浸泡试验，室温）

类　　别现　　　象腐蚀速度／
mg*cm^－2*h^－1未保护1h后出现锈点，锈层逐渐增厚3.05×10^－2电镀Zn79h后出现白锈6.81×10^－3化学镀Ni-P117h后试样边缘有小锈点2.32×10^－3阴极电泳涂装240h涂层无破坏，个别样品涂层有隆起／化学镀Ni-P及电泳涂装复合处理240h涂层无破坏，样品完好／

4　结论
　　（1）　经大气腐蚀试验、湿热试验及浸泡试验测定，Nd-Fe-B合金有较高的腐蚀速度。
　　（2）　Nd-Fe-B合金腐蚀后最大磁能积、剩余磁感应强度及矫顽力等磁性能下降。
　　（3）　化学镀Ni-P及电泳涂装的复合表面处理是防止Nd-Fe-B合金腐蚀的有效方法。

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